• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.569-569
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• 2013

대부분의 태양전지 공정은 퍼니스와 레이저 도핑 공정이 중요한 공정 중 하나다. 퍼니스 도핑공정의 경우 저농도 도핑영역에 선택적으로 고농도 도핑영역을 형성하기가 일반적으로 어렵다. 레이저를 사용한 선택적 도핑의 경우 고가의 레이저 장비가 요구되어지며, 레이저 도핑 후 고온의 에너지로 인한 웨이퍼의 구조적 손상 문제를 야기한다. 본 연구는 저가이면서 새로운 구조의 대기압 플라즈마 제트를 개발하였고, 이를 통한 선택적 도핑에 관한 연구를 하였다. 대기압 플라즈마 제트는 Ar 가스를 주입하여 저주파(1~100 kHz) 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 구조로 제작하였다. 웨이퍼는 P-type shallow 도핑 된(120 Ohm/square) PSG (Phosphorus Silicate Glass)가 제거되지 않은 웨이퍼를 사용하였다. 대기압 플라즈마 도핑 공정 처리시간은 15 s, 30 s, 플라즈마 발생 전류는 40 mA, 70 mA로 처리하였다. 웨이퍼의 도핑프로파일은 SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy)측정을 하여 분석을 진행하였으며, 도핑 후 도핑프로파일을 통하여 면저항등 전기적 특성을 파악하였다. 도펀트인 PSG (Phosphorus Silicate Glass)에 대기압 플라즈마 제트로 도핑공정을 처리한 결과 전류가 상승함에 따라, 도핑 처리시간이 길어짐에 따라서 도핑깊이가 깊어지고, 면저항이 낮아짐을 확인하였다. 대기압 플라즈마 도핑 후 웨이퍼의 구조적 손상파악을 위한 SEM (Secondary Emission Microscopy) 측정결과 도핑 전과 후 웨이퍼의 표면구조는 차이가 없음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.267-267
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• 2012

최근 국내 반도체 장비 업체들에 의해서 차세대 반도체용 450 mm 웨이퍼 공정용 장비 개발이 진행 중에 있다. 반도체 산업은 계속해서 반도체 칩의 크기를 작게 하고, 웨이퍼 크기를 늘리면서 웨이퍼 당 칩수를 증가시켜 생산성을 향상해오고 있다. 현재 300 mm 웨이퍼에서 450 mm 웨이퍼를 도입하게 되면, 생산성 뿐만 아니라 30%의 비용절감과 50%의 cycle-time 단축이 기대되고 있다. 장비에 대한 이해와 공정에 대한 해석 능력을 위해 비용과 시간이 많이 들기 때문에 최근 컴퓨터를 활용한 수치 모델링이 진행되고 있다. 또한, 수치 모델링은 실험 결과와의 비교가 필수적이다. 본 연구에서는 450 mm 웨이퍼 공정용 장비의 전자밀도를 cut off probe를 통해 100 mTorr에 서 Ar 플라즈마를 파워에 따라 측정했다. 13.56 MHz 200 W, 500 W, 1,000 W로 입력 파워가 증가하면서 웨이퍼 중심에서 $6.0{\times}10^9#/cm^3$, $1.35{\times}10^{10}#/cm^3$, $2.4{\times}10^{10}#/cm^3$로 증가했다. 450 mm 웨이퍼 영역에서 전자 밀도의 불균일도는 각각 10.31%, 3.24%, 4.81% 였다. 또한, 이 450 mm 웨이퍼용 CCP 장비를 축대칭 2차원으로 형상화하고, 전극에 13.56 MHz를 직렬로 연결된 blocking capacitor ($1{\times}10^{-6}$ F/$m^2$)를 통해 인가할 수 있도록 상용 유체 모델 소프트웨어(CFD-ACE+, EXI corp)를 이용하여 계산하였다. 주요 전자-중성 충돌 반응으로 momentum transfer, ionization, excitation, two-step ionization을 고려했고, $Ar^+$와 $Ar^*$의 표면 재결합 반응은 sticking coefficient를 1로 가정했다. CFD-ACE+의 CCP 모델을 통해 Poisson 방정식을 풀어서 sheath와 wave effect를 고려하였다. Stochastic heating을 고려하지 않았을 때, 플라즈마 흡수 파워가 80 W, 160 W, 240 W에서 실험 투입 전력 200 W, 500 W, 1,000 W일 때와 유사한 반경 방향의 플라즈마 밀도 분포를 보였다. 200 W, 500 W, 1,000 W일 때의 전자밀도 분포는 수치 모델링과 전 범위에서 각각 10%, 3%, 2%의 오차를 보였다. 450 mm의 전극에 13.56 MHz의 전력을 인가할 때, 파워가 증가할수록 전자밀도의 최대값의 위치가 웨이퍼 edge에서 중심으로 이동하고 있음을 실험과 모델링을 통해 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.256-256
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• 2010

최근 반도체 공정을 위한 증착이나 식각장비에 있어서 웨이퍼 크기의 증가는 새로운 연구 분야를 발생시켰다. 웨이퍼의 크기가 200 mm에서 300 mm, 450 mm로 커지지만, 같은 특성 혹은 더 좋은 특성을 필요로 하는 플라즈마를 이용하는 진공장비의 기하적 구조는 비례적으로 증가하지 않는다. 이런 이유로 450 mm의 웨이퍼 공정용 장비의 제작에 있어서 진공 부품과 플라즈마 발생 소스는 더 이상 시행착오로 실험하기에는 막대한 돈과 시간, 인력의 투자가 필요하기 때문에 불가능하게 되었다. 이런 시행착오를 줄이기 위함의 일환으로 본 연구에서는 450 mm 웨이퍼 공정용 장비의 챔버 구성에 따른 플라즈마 균일도를 수치 모델링으로 예측했다. 챔버를 구성함에 있어서 baffle의 형상과 위치, 배기 manifold에 따른 유동분포, 플라즈마 균일도를 위한 안테나의 구조 등 중요한 요소들이 많이 존재하지만, 일단 전체적인 챔버의 종횡비가 결정되어야 가능한 일들이다. 첫째, 기판홀더와 챔버 벽면 간의 거리, 기판홀더와 배기구까지의 거리, 기판과 소스와의 거리가 인입되는 가스 분포와 플라즈마 균일도에 가장 큰 영향을 끼칠 것으로 판단된다. 즉, 위의 세 가지 챔버 내부 구조물의 크기 비에 따라 기판 바로 위에서의 플라즈마 균일도가 가장 좋은 디자인을 최적화하는 것이 본 계산의 목적이다. 기판 표면에서의 플라즈마 밀도 균일도는 기판홀더와 벽면과의 거리, 기판과 소스와의 거리가 멀수록, 기판홀더와 배기구와의 거리가 짧을수록 좋아졌으며, 그림과 같이 안테나의 디자인이 4 turn으로 1층인 경우, 두 turn의 안테나만 사용하여 기판표면에서 20~30%의 플라즈마 균일도를 4.7%까지 낮출 수 있었다

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.19 no.4
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• pp.71-78
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• 2012

This paper describes trends in conventional scaling compared with advanced technologies such as 3D integration (3DI) and bumpless through-silicon via (TSV) processes, as well as the characteristics of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Logic device after thinning the wafers to less than $10{\mu}m$. Each module process including thinning, stacking, and TSV, is optimized for 3D Wafer-on-Wafer (WOW) application. Optimization results are discussed with valuable data in detail. Since vertical wiring of bumpless TSV can be connected directly to the upper and lower substrates by self-alignment, bumps are not necessary when TSV interconnects are used.

• Journal of Korea Multimedia Society
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• v.14 no.5
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• pp.632-641
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• 2011

This paper presents a position error recognition system when the wafer is mounted in cleaning equipment among the wafer manufacturing processes. The proposed system is to enhance the performance in cost and reliability by preventing the wafer cleaning system from damaging by alerting it when it is put in correct position. The proposed algorithm is in obtaining a mapping function from camera and physical wafer by designing and manufacturing the radial shape calibrator to reduce the error by using the conventional chess board one. The system is to install in-line process using high reliable and high accurate position recognition. The experimental results show that the performance of the proposed system is better than that of the existing method for detecting errors within tolerance.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.75-75
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• 2010

3D 패키징 기술은 전기소자의 소형화, 고용량화, 저전력화, 높은 신뢰성등의 요구와 함께 그 중요성이 대두대고 있다. 이러한 3D 패키징의 연결방법은 와이어 본딩 또는 플립칩등의 기존의 방법에서 TSV(Through Silicon Via)를 이용하여 적층하는 방법이 주목받고 있다. TSV는 기존의 와이어 본딩과 비교하여 고집적도, 빠른 신호전달, 낮은 전력소비 등의 장점을 가지고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. TSV의 세부 공정 중 비아필링(Via filling)기술은 I/O수 증가와 미세피치화에 따른 비아(Via) 직경의 감소 및 종횡비(Via Aspect Ratio)증가로 인해 기존 필링 공정으로는 한계가 있다. 기존의 비아 홀(Via hole)에 금속을 필링하기 위한 방법으로 전기도금법이 많이 사용되고 있으나, 전기도금법은 전기도금액 조성, 첨가제의 종류, 전류밀도, 전류모드 등에 따라 결과물에 큰 차이가 발생되어, 최적공정조건의 도출이 어렵다. 또한 20um이하의 비아직경과 높은 종횡비로 인하여 충진시 void형성등의 문제점이 발생하기도 한다. 본 연구에서는 용융솔더와 진공을 이용하여 비아를 필링시켰다. 이 방법은 관통된 비아가 형성된 웨이퍼 양단에 압력차를 주어, 작은 직경을 갖는 비아 홀의 표면장력을 극복하고, 용융상태의 솔더가 관통된 비아 홀 내부로 필링되는 방법이다. 관통 비아홀이 형성 된 웨이퍼 위에 솔더페이스트를 $250^{\circ}C$이상 온도를 가해 용융상태로 만든 후 웨이퍼 하부에 진공을 형성하여 필링하는 방법과 용융솔더를 노즐을 통하여 위쪽으로 유동시켜 그 위에 비아홀이 형성된 웨이퍼를 접촉하고 웨이퍼 상부에 진공을 형성하여 필링하는 방법으로 실험을 각각 실시하였다. 이 때, 웨이퍼 두께는 100um이하이며 홀 직경은 20, 30um, 웨이퍼 상부와 하부의 진공차는 약 0.02~0.08Mpa, 진공 유지시간은 1~3s로 실시하여 최적 조건을 고찰하였다. 각 조건에 따른 필링 후 단면을 전자현미경(FE-SEM)을 통해 관찰하였다. 실험 결과 0.04Mpa 이상에서 1s내의 시간에 모든 비아홀이 기공(Void)없이 완벽하게 필링되는 것을 관찰하였으며 이 결과는 기존의 방법에 비하여 공정시간을 감소시켜 생산성이 대폭 향상 될 수 있는 방법임을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.290-290
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• 2011

유도결합플라즈마 장비의 공정에서 안테나의 역할은 매우 중요하다. 유도결합플라즈마의 식각 공정에서도 충분한 식각과 균등한 식각 결과를 얻기 위해 안테나의 역할은 중요한 요인 중 하나이다. 안테나와 공정 웨이퍼간의 거리에 따라 발생하는 플라즈마 밀도나 전자 온도 등이 변화하고 그에 따른 식각정도나 균등성도 달라진다. 본 연구에서는 플라즈마 특성 변화를 관찰하기 위해 기존 유도결합플라즈마 식각 장비의 안테나와 웨이퍼간 거리와 내부 안테나를 웨이퍼와 가깝게 하였을 때의 플라즈마 밀도, 안테나의 전류와 식각률 등을 측정하였다.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2002.05a
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• pp.74-78
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• 2002

MEMS공정을 이용하여 폴리실리콘의 piezoresistivity를 이용한 스트레인 센서어레이를 제작하였고, 이 센서 어레이를 flexible substrate에 패키징하는 공정을 개발하였다. 실리콘 웨이퍼에 표면 가공(surface micromachining)된 센서는 폴리이미드 코팅, release-etch 방법을 통해 웨이퍼로부터 분리되어 폴리이미드를 기판으로 하는 flexible sensor array module을 완성할 수 있었다. 공정은 희생층과 절연층을 증착하고 폴리실리콘 0.5 $\mu\textrm{m}$을 증착, 도핑 및 패터닝하여 센서 어레이를 구성하였다. 이 센서어레이를 flexible substrate에 패키징 하기 위해서 폴리이미드를 코팅하여 15 $\mu\textrm{m}$의 막을 구성하였고, 100% $O_2$RIE를 이용한 선택적 식각 방법으로 via hole을 구성하였다. 이후 전기도금을 통해 회로를 구성하여 1단계 패키징(die to chip carrier)과 2단계 패키징(chip to substrate)을 웨이퍼 레벨에서 완성하였다. 희생층을 제거함으로서 웨이퍼로부터 센서어레이 모듈을 분리하였다. 제작되어진 센서 모듈은 임의의 곡면에 실장이 가능하도록 충분한 flexibility를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.239.2-239.2
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• 2014

태양전지의 전면전극과 웨이퍼의 접촉저항은 태양전지의 효율을 저하시키는 원인이 된다. 전면전극과 웨이퍼의 접촉저항을 감소시키는 공정으로써 선택적 에미터 도핑이 널리 적용되고 있다. 선택적 에미터 도핑은 태양전지의 전면전극 하부에 고농도 도핑을 함으로써 전극과 웨이퍼의 접촉저항을 감소시켜 태양전지의 효율상승을 유도한다. 이러한 선택적 에미터 도핑은 주로 고가의 레이저 장비가 요구 되어 생산단가가 높으며 웨이퍼의 구조적 손상을 야기한다. 본 연구에서는 고가의 레이저 장비를 플라즈마 제트 장치로 대체함으로써 생산단가를 낮추고자 한다. 도펀트가 도포된 웨이퍼에 플라즈마 제트를 조사하면 플라즈마 전류 흐름에 의한 저항 열이 발생한다. 발생된 열에 의해 도펀트가 웨이퍼에 확산되어 도핑된다. 플라즈마 제트로 구성된 선택적 에미터 도핑 장비 개발을 위한 기초 특성을 조사한다. 플라즈마 제트의 전류량의 변화에 따른 웨이퍼의 온도 특성과 도포된 도펀트 용재의 인산 함유량에 따른 도핑 깊이를 조사한다. 또한 선택적 에미터 도핑의 생산성을 향상시키기 위해 다중 채널 플라즈마 제트 장치를 구성하여 특성을 조사한다. 각 채널의 플라즈마 제트의 선폭과 전류량이 적절한 균일도를 갖도록 한다. 도핑 프로파일은 이차 이온 질량분석법을 통해 분석한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.38 no.8
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• pp.863-867
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• 2014

In this study, an acoustic emission (AE) sensor was used for measuring the abrasive and molecular-scale phenomena in chemical mechanical polishing (CMP). An AE sensor is a transducer that converts a mechanical wave into an electrical signal, and is capable of acquiring high-level frequencies from materials. Therefore, an AE sensor was installed in the CMP equipment and the signals were measured simultaneously during the polishing process. In this study, an AE monitoring system was developed for investigating the sensitivity of the AE signal to (a) the variations in the material properties of the pad, slurry, and wafer and (b) the change in conditions during the CMP process. This system was adapted to Oxide and Cu CMP processes. AE signal parameters including AE raw frequency, FFT, and amplitude were analyzed for understanding the abrasive and molecular-level phenomena in the CMP process. Finally, we verified that AE sensors with different bandwidths could function in complementary ways during CMP process monitoring.